FERMENTACION EN ALIMENTOS

FERMENTACION EN ALIMENTOS

1. capitulo 10

   • Desafíos a superar para incrementar el consumo de frutas
     • La OMS recomienda una ingesta diaria de al menos 400 g o cinco porciones de una selección variada de frutas y verduras, lo que contribuiría a reducir el riesgo de desarrollar ECNT y a garantizar la incorporación diaria suficiente de fibra dietaria. El consumo estimado de frutas y verduras es variable en todo el mundo (100-450 g/día);
     • i) económicas, debido al precio elevado de algunas frutas en relación con su alto valor nutritivo; ii) políticas, como la necesidad de mejoras en los contenidos de los currículum escolares referidos a la educación alimentaria nutricional, la falta de incentivos a la producción y la falta de regulación de la producción y distribución de alimentos saludables; y finalmente iii) físicas como la baja disponibilidad de frutas frescas en algunos ámbitos y lugares del país, su corta vida útil, el desperdicio y la estacionalidad, su conservación y preparación
   • Las frutas como alimento y sus efectos benéficos para la salud
     • La OMS promueve la alimentación saludable, basada en una dieta sana y equilibrada, como herramienta fundamental para prevenir la malnutrición y el desarrollo de enfermedades crónicas no transmisibles (ECNT) y otros trastornos. Las frutas y verduras resultan componentes importantes dentro de lo que se considera una dieta saludable. Así, por ejemplo, en el portal de la OMS se informa que una ingesta insuficiente de estos alimentos es uno de los 10 factores principales de riesgo de mortalidad, siendo alrededor de 3,9 millones de muertes ocurridas en el año 2017 atribuibles al consumo insuficiente de frutas y verduras. La OMS recomienda una ingesta diaria de al menos 400 g o cinco porciones de una selección variada de frutas y verduras, lo que contribuiría a reducir el riesgo de desarrollar ECNT y a garantizar la incorporación diaria suficiente de fibra dietaria. El consumo estimado de frutas y verduras es variable en todo el mundo (100-450 g/día);
   • Fermentación láctica de frutas como alternativa de preservación y de valor agregado
     • La fermentación láctica es una tecnología simple y valiosa, un proceso sostenible y de bajo costo para mantener y/o mejorar las propiedades nutricionales y sensoriales de las materias primas y extender la vida útil de frutas y vegetales bajo condiciones de seguridad sanitaria. Los alimentos fermentados derivados de las fermentaciones lácticas han sido elaborados durante miles de años por su valor saludable y son aceptados por los consumidores sin restricciones
     • Los procesos de fermentación de alimentos presentan diversas ventajas: i) preservan y mejoran la seguridad de los alimentos debido principalmente a la formación de ácidos orgánicos (ácidos láctico, acético, fórmico, propiónico, etc.), etanol, etc., que inhiben patógenos y eliminan compuestos tóxicos; ii) mejoran su valor nutricional; y iii) conservan su calidad organoléptica.
   • Compuestos fenólicos en frutas
     • Los CF pueden presentarse desde formas simples (ácidos fenólicos) a formas complejas de elevado peso molecular, asociados o conjugados con otras moléculas, como por ejemplo azúcares
     • Los CF se encuentran principalmente en las plantas, donde se forman como metabolitos secundarios (no asociados a su crecimiento) y son responsables de muchas de las propiedades sensoriales y funcionales de las frutas y vegetales
     • Los CF tienen diversos efectos benéficos para el hombre y constituyen uno de los compuestos bioactivos más importantes de las frutas. Entre las actividades biológicas se destacan: efecto hipoglucémico, hipolipidémico y antinflamatorio, y elevada capacidad antioxidante [
     • Metabolismo de los CF por BAL
       • Metabolismo de ácidos fenólicos: una ventaja energética
         • Los ácidos hidroxicinámicos son CF comunes en las plantas y poseen un ácido carboxílico funcional, siendo los ácidos cafeico, p-cumárico y ferúlico los más abundantes de frutas y verduras. Las BAL heterofermentativas, que obtienen menos energía que las homofermentativas a través de su metabolismo celular, pueden usar los ácidos fenólicos como aceptores externos de electrones y reoxidar el cofactor NADH a NAD+ durante el metabolismo de los ácidos hidroxicinámicos
   • Formación de compuestos de aroma en jugos de frutas fermentadas
     • El efecto de la fermentación de jugos de frutas por BAL puede generar modificaciones en el perfil de aroma natural de los jugos: la cantidad de algunos compuestos puede incrementarse, otros pueden disminuir y otros pueden mantenerse sin cambios luego de la fermentación. En general, las fermentaciones se llevan a cabo usando diferentes cepas de lactobacilos (generalmente Lb. plantarum, Lb. casei, Lb. rhamnosus, etc.)
     • De acuerdo a su composición química, los compuestos de aroma de los jugos pueden clasificarse en volátiles, no volátiles y ácidos
       • Entre los compuestos volátiles se pueden mencionar a los alcoholes, ácidos, cetonas, hidrocarburos, aldehídos y ésteres.
       • Los compuestos no volátiles pueden incluir aminoácidos como L-serina, prolina, L-ácido glutámico y L-aspártico
       • Entre los ácidos se pueden encontrar los ácidos cítrico, málico y láctico.
     • . Bacterias probióticas en jugos de fruta
       • El desarrollo de bebidas funcionales a base de frutas fermentadas o como vehículo de bacterias probióticas son una alternativa atractiva no sólo por las cualidades inherentes a las frutas (vitaminas, minerales, compuestos antioxidantes, etc.) sino que también pueden alcanzar a consumidores que eviten alimentos lácteos. A partir de la fermentación espontánea de la fruta pueden aislarse BAL autóctonas que pueden ser luego utilizadas para la elaboración de otros alimentos con el fin de aumentar la calidad y/o funcionalidad de nuevos productos con valor agregado.
       • La producción de alimentos funcionales y/o probióticos a base de frutas se está incrementando debido al aumento y popularidad del veganismo o por la búsqueda de opciones no lácteas debido a factores como intolerancia a la lactosa o alergia a proteínas de la leche. A la fecha, las investigaciones sobre el uso de frutas para la elaboración de alimentos funcionales se han centrado en la aplicación de nuevas tecnologías que eviten afectar negativamente las propiedades sensoriales y nutricionales de las frutas
   • Vino: la bebida alcohólica fermentada a base de jugo de uva mundialmente aceptada
     • El vino es la bebida proveniente de la fermentación alcohólica de la uva fresca, estrujada o no, o del mosto de uva. Esta bebida es el resultado de interacciones complejas entre levaduras, bacterias, mosto y condiciones físico-químicas. Por lo tanto, la calidad del vino dependerá tanto de la composición química del mosto de uva con el cual se elabora el producto, como de los aspectos tecnológicos y microbiológicos relacionados con el proceso de vinificación
     • Tipos de fermentaciones que ocurren durante la vinificación
       • . La fermentación primaria o alcohólica (FA) es conducida por levaduras, principalmente Saccharomyces cerevisiae, que son los microorganismos responsables de transformar los azúcares del mosto en etanol
       • En algunos tipos de vinos como los tintos y espumantes, tiene lugar una fermentación secundaria o maloláctica (FML) realizada por BAL
       • Ambas fermentaciones pueden ser llevadas a cabo de forma espontánea, a partir de poblaciones autóctonas de microorganismos presentes en la uva y/o en la bodega. En la actualidad, se prefieren las fermentaciones controladas, en las cuales se inoculan cultivos iniciadores que permiten reducir la producción de subproductos indeseados, aumentar la velocidad de la fermentación, disminuir la posibilidad de contaminación con otros microorganismos y la interrupción de la fermentación
       • Importancia de las BAL en la producción del vino
         • En el vino, las BAL conducen la FML que consiste en la decarboxilación enzimática del ácido L-málico en ácido L-láctico y dióxido de carbono por acción de la enzima maloláctica. Oenococcus oeni es la especie tradicionalmente usada como cultivo iniciador maloláctico por ser la más adaptada y resistente a las condiciones de estrés como bajos valores de pH, elevado contenido de etanol y presencia de dióxido de azufre
         • Estrategias de inoculación: fermentación secuencial vs. simultánea
           • a FML ocurre una vez que la FA ha terminado. Esto se debe a que las levaduras pierden viabilidad al final de la fermentación, se lisan y liberan nutrientes intracelulares que permiten a las BAL, resistentes al etanol, crecer en el vino
           • Cuando se emplean cultivos iniciadores de levaduras y bacterias, estos generalmente se inoculan en forma secuencial para reproducir las fermentaciones espontáneas. Sin embargo, los cultivos malolácticos pueden ser inoculados antes de la FA, co-inoculados con las levaduras o secuencialmente después de la FA

2. capitulo 9

   • El laberinto metabólico de la fermentación de vegetales
     • La fermentación es un proceso biológico de conversión de sustratos complejos en compuestos más simples.
     • es un metabolismo catabólico anaeróbico en el que los carbohidratos (y otros compuestos) son oxidados parcialmente en ausencia de aceptores externos de electrones. Los aceptores finales de electrones son los compuestos orgánicos producidos en el desdoblamiento de la molécula inicial con liberación de una pequeña cantidad de energía
     • En el curso de esta degradación metabólica, los microorganismos también liberan numerosos compuestos adicionales o metabolitos secundarios, muchos de los cuales poseen actividad biológica y afectan a quien los consume, por lo que reciben el nombre de compuestos bioactivos
       • s. Los vegetales representan un nicho ecológico particular cuya riqueza en nutrientes fermentables (fibras, azúcares simples) y carga microbiana dependen de sus características intrínsecas (especie, variedad, características del tegumento, etc.) y extrínsecas (clima, prácticas agrícolas, etc.).
         • Las BAL que intervienen en las fermentaciones vegetales pueden metabolizar estos azúcares siguiendo dos rutas importantes: la ruta glucolítica y la del 6-fosfogluconato
     • 1) un sustrato; 2) microorganismos; y 3) las condiciones ambientales apropiadas
   • El arte o la ciencia de fermentar vegetales
     • Los alimentos vegetales fermentados pueden obtenerse a través de una fermentación espontánea realizada por la microbiota epifítica de la matriz alimentaria; o controlada mediante la inoculación de cultivos iniciadores previamente seleccionados por sus características tecnológicas y funcionales
     • el proceso comienza con un acondicionamiento de los vegetales que puede implicar o no, el lavado de los mismos, pelado (zanahorias, remolachas, etc.), blanqueado (legumbres), tratamiento alcalino (en aceitunas para remover la oleuropeína), cortado y su ubicación en recipientes apropiados con medio salino, donde ocurre la fermentación. El salado se puede realizar añadiendo la sal en forma sólida, o en forma de salmuera. La concentración de sal utilizada varía ampliamente (desde 1% hasta 12% de NaCl según el producto) y dependerá de la necesidad de mantener la textura, evitando el ablandamiento por enzimas pectinolíticas vegetales y microbianas
       • Fermentación espontánea
         • Dadas las condiciones apropiadas (disponibilidad de nutrientes, concentración de sal, anaerobiosis y temperatura), los vegetales inician una fermentación espontánea que suele transcurrir en 4 etapas
           • • Iniciación: en esta etapa desarrollan los microorganismos Gram (-) y Gram (+) presentes originalmente en la planta. La utilización del O2 por la respiración de las células vegetales y los anaerobios facultativos como enterobacterias incrementan la anaerobiosis durante los primeros 2 o 3 días inhibiendo a los aerobios como Pseudomonas y Flavobacterium. Junto a la disminución del O2 lo hace el pH debido a la producción de ácidos láctico, acético, fórmico y succínico. Puede generarse espuma por producción de CO2
           • Fermentación primaria: implica el crecimiento sucesivo de BAL heterofermentativas y homofermentativas como resultado del incremento en la anaerobiosis y la salinidad; y la reducción del pH. Las BAL que dominan la fermentación primaria incluyen L. mesenteroides, P. pentosaceus, L. brevis y L. plantarum. Las dos primeras especies no resisten altas concentraciones de sal o acidificación y disminuyen rápidamente, mientras que los lactobacilos completan la mayoría de las fermentaciones vegetales. La mayor parte de los carbohidratos disponibles (glucosa, fructosa y sacarosa) son convertidos a ácidos orgánicos (láctico principalmente) hasta un nivel de 1,5 a 2,0% con un pH inferior a 4,0. Puede o no haber crecimiento de levaduras
           • • Fermentación secundaria: se caracteriza por el crecimiento de levaduras a partir de la materia fermentable que permanece después de que el desarrollo de las BAL resulta inhibido por los bajos valores de pH.
           • Post-fermentación: tiene lugar después de consumirse la materia fermentable y se caracteriza, en general, por el crecimiento de microorganismos oxidantes en la superficie de la salmuera si está expuesta al aire
           • En general, las fermentaciones vegetales espontáneas son sensibles a la contaminación por microorganismos alterantes y patógenos, lo que puede representar un riesgo para la salud pública. Además, pueden conducir a variaciones en las propiedades sensoriales de los productos, según la calidad de la materia prima, la temperatura y las condiciones de cosecha
       • Fermentación controlada
         • En los alimentos fermentados producidos industrialmente, generalmente se aplican “Buenas Prácticas de Manufactura” (BPM) y “Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control” (HACCP); la implementación de tales sistemas mejora los estándares de higiene y reduce significativamente el riesgo de eventos adversos para la salud pública
           • Las BAL son los microorganismos más utilizados para la elaboración controlada de alimentos
             • La fermentación controlada de vegetales puede realizarse empleando dos tipos de cultivos iniciadores: autóctonos o alóctonos. Los iniciadores autóctonos son aislados y reutilizados en la misma matriz de la cual provienen, mientras que los iniciadores alóctonos son aislados de una matriz alimentaria pero utilizados para fermentar diferentes productos
   • Modalidades de fermentación de los vegetales
     • La transformación de la fermentación artesanal y/o experimental hacia una de tipo industrial implica la amplificación del proceso desde una técnica doméstica y/o de laboratorio a otra a gran escala.
       • la fermentación sumergida o líquida (FSm) que se basa en el cultivo de los microorganismos en un medio líquido conteniendo nutrientes y la fermentación en sustrato sólido (FSS) que consiste en el crecimiento microbiano y formación de productos sobre un soporte sólido en presencia de la mínima disponibilidad de agua para permitir su desarrollo y metabolismo
     • Fermentación sumergida (FSm)/ Fermentación Líquida
       • FSm emplea sustratos solubles que fluyen libre y homogéneamente en un medio líquido, por lo que resulta adecuada para el empleo de bacterias como organismos fermentadores debido a su elevada demanda de agua (aw≥0,8).
         • Salado en seco
           • En este proceso, el NaCl se agrega a los vegetales, (2% con respecto al peso seco generalmente) extrayendo el jugo de los mismos y creando la salmuera. El chucrut, por ejemplo, es un vegetal fermentado salado en seco. El vegetal se corta, se lava con agua potable y se coloca en el recipiente de fermentación el NaCl. Se agrega otra capa de vegetales y se repite el proceso hasta que el contenedor esté lleno tres cuartos, colocando peso para comprimir los vegetales y contribuir a la formación de la salmuera.
             • a. A las 24 h aproximadamente se ha constituido la salmuera, y comienza la fermentación con aparición de burbujas de CO2. La fermentación culmina cuando no hay más burbujas, transcurridas entre 1 y 4 semanas dependiendo de la temperatura ambiente
         • Salado en salmuera
           • En este proceso, se prepara una salmuera disolviendo NaCl en agua. La salmuera se emplea para vegetales que contienen inherentemente un menor contenido de agua
             • El NaCl ayuda a que los alimentos pierdan agua por presión osmótica favoreciendo su conservación e inhibiendo el desarrollo de microorganismos indeseables. El NaCl penetra en los tejidos vegetales y salen carbohidratos, compuestos nitrogenados, minerales y otras sustancias que son utilizadas durante la fermentación. En la salmuera se desarrolla una microbiota mixta en la que predominan las BAL. Estas acidifican el medio y bajan el pH lo suficiente para prevenir el desarrollo de microorganismos patógenos
         • Fermentación en Sustrato Sólido
           • La FSS es un proceso fermentativo ejecutado sobre un medio no sumergido, en ausencia de agua libre, donde se usan sustratos sólidos que sirven como fuente de nutrientes y soporte físico para los microorganismos (aunque también se puede usar superficies inertes impregnadas con soluciones nutritivas).
           • El bajo contenido de humedad favorece el empleo de hongos y levaduras como organismos fermentadores debido a su capacidad de crecer con menor disponibilidad de agua (aw 0,5-0,6), aunque se ha demostrado que las bacterias también pueden desarrollarse. El fundamento de la FSS es proveer al microorganismo cultivado un ambiente semejante a su ambiente natural ya que ésta sería la razón de su mejor desempeño y mayor productividad en comparación con la FSm.
       • Vegetales fermentados no salados
         • Algunos vegetales pueden ser fermentados por BAL, sin adición previa de NaCl o generación de salmuera. Los ejemplos de productos sin sal incluyen gundruk (consumido en Nepal), sinki y otras hojas fermentadas marchitas
   • Las estrellas del mercado: vegetales fermentados tradicionales y emergentes
     • Los pepinos chicos o pepinillos fermentados se encuentran entre los pickles de mayor difusión a nivel mundial. En su fermentación participan distintos microorganismos que se van sucediendo conforme sus resistencias a la salinidad y acidez del medio. Los recuentos de BAL oscilan entre niveles indetectables (<101) a 108 UFC/g [75]). Su desarrollo libera ácidos orgánicos, CO2, aldehídos, ésteres, entre otros, que causan el descenso del pH, el bouquet, y las condiciones óptimas de conservación.
     • El chucrut es un vegetal fermentado salado en seco consumido mundialmente . Dado que el núcleo de la col contiene sacarosa, que puede conducir a la formación de dextrano por L. mesenteroides dando una textura viscosa o fibrosa, las hojas externas y el núcleo leñoso del repollo se eliminan antes de triturarlo o picarlo. La adición de sal es necesaria para inhibir el crecimiento de microorganismos alterantes (Pseudomonas, Flavobacterium, coliformes, y varios hongos) y la actividad de las enzimas pectinolíticas endógenas responsables del ablandamiento, favoreciendo la selección de las BAL
     • Aceitunas
       • De acuerdo al Código Alimentario Argentino, se entiende por aceitunas en salmuera, el producto obtenido por la fermentación láctica de los frutos de las distintas variedades del olivo (Olea europaea L.), envasadas con una solución de cloruro de
         • Existen 2 modalidades generales de fermentación: en la producción de las aceitunas verdes, los frutos inmaduros son tratados durante 10 h con NaOH (1 a 3%) para hidrolizar la oleuropeína que da sabor amargo e inhibe el desarrollo de las BAL
       • La soja se sumerge en agua y luego se cuece al vapor. El trigo se tuesta a altas temperaturas y luego se tritura a fin de facilitar su posterior fermentación. Una vez acondicionados los ingredientes, se mezclan cantidades iguales de soja hervida y de trigo tostado a los que se añade un cultivo de esporas del hongo Aspergillus. Esta preparación se conoce como shoyu koji.
         • Se utilizan tres especies, caracterizadas por su actividad proteolítica, para la elaboración de la salsa de soja: A. oryzae, A. sojae y A. tamari. El shoyu koji se traslada hasta un tanque donde se sumerge en una solución de salmuera que contiene NaCl al 18-22% [97], y se la deja fermentar.
           • De acuerdo con el Codex Alimentarius, el kimchi, declarado patrimonio cultural inmaterial por la Unesco, es un producto fermentado preparado con variedades de col china (Brassica rapa pekinensis) y otros vegetales a manera de condimento como pimentón rojo, ajo, pimienta, mostaza, jengibre, pepino y rábano, emblemático de la
             • La fermentación es principalmente una fermentación espontánea de BAL [12], en la que intervienen los géneros Lactobacillus, Leuconostoc, Weissella, Lactococcus y Pediococcus [104, 105], aunque también se observa un cierto crecimiento de bacterias aeróbicas, levaduras y mohos. El kimchi resultante generalmente contiene alrededor de 108-109 UFC/g de BAL. Típicamente, L. mesenteroides inicia la fermentación pero se inhibe rápidamente por la concentración creciente de ácido láctico siendo reemplazado por especies más tolerantes como L. brevis en una etapa intermedia y luego por L. plantarum en el final de la fermentación