BACTERIAS LÁCTICAS

II.3.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES Y CONSIDERACIONES TAXONÓMICAS

Las bacterias lácticas constituyen un grupo de microorganismos muy heterogéneo desde el punto de vista morfológico, fisiológico y filogenético, pertenecientes al grupo clostridial de las eubacterias Gram-positivas (contenido de G+C <55 mol%), con exigentes requerimientos nutritivos y cuya característica principal es la producción de ácido láctico como producto mayoritario de la fermentación de los hidratos de carbono. En general, las bacterias lácticas son microorganismos de morfología cocoide, bacilar o cocobacilar, no esporulados, catalasa-negativos, carentes de citocromos, microaerofílicos o anaerobios facultativos, ácido-tolerantes y estrictamente fermentativos (Stiles y Holzapfel, 1997; Axelsson et al., 1998; Klein et al., 1998; Cintas et al., 2000c; Carr et al., 2002).

En la actualidad, los géneros bacterianos comprendidos en el grupo de las bacterias lácticas son:

Aerococcus, Alloiococcus, Carnobacterium, Dolosigranulun, Enterococcus, Globicatella, Lactobacillus, Lactococcus, Lactosphaera, Leuconostoc, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus, Tetragenococcus, Vagococcus y Weissella (Pot et al., 1994; Stiles y Holzapfel, 1997; Axelsson et al.,

1998; Klein et al., 1998; Cintas et al., 2000c, 2001; Claesson et al., 2007; Ogier y Serror, 2008; Ogier

et al., 2008). Tradicionalmente, también se consideraba al género Bifidobacterium como perteneciente al grupo de las bacterias lácticas ya que posee las características morfológicas y fisiológicas comunes descritas previamente. Sin embargo, filogenéticamente están más relacionadas con el grupo actinomiceto de las eubacterias Gram-positivas (contenido de G+C >55 mol%) y además poseen una ruta especial para la fermentación de los azúcares, específica para este género (catalizada por la enzima fructosa-6-fostato fosfocetolasa), lo que las separa claramente del grupo de las bacterias lácticas (Axelsson et al., 1998; Cintas et al., 2000c).

Las bacterias lácticas se localizan en hábitats ricos en nutrientes, caracterizados por la presencia de hidratos de carbono solubles y productos de la degradación de proteínas y vitaminas, y con bajas tensiones de oxígeno, como pueden ser diversos alimentos como la leche y los productos lácteos, la carne y los productos cárnicos fermentados, el pescado y los derivados de la pesca, las frutas y hortalizas frescas y los productos vegetales fermentados, los ensilados y diversas bebidas. Sin embargo, también forman parte de la microbiota normal del tracto gastrointestinal y urogenital y de las mucosas de los mamíferos. Además, algunas bacterias lácticas también se han aislado del estiércol y de las aguas residuales urbanas e industriales (Aguirre y Collins, 1993; Axelsson et al., 1998; Cintas et al., 2000c; Carr et al., 2002).

.2. ACTIVIDAD ANTIMICROBIANA DE LAS BACTERIAS LÁCTICAS II.3

Las bacterias lácticas, además de su función tecnológica, poseen la capacidad de inhibir el desarrollo de un gran número de microorganismos patógenos y/o alterantes presentes potencialmente en los alimentos. El efecto antimicrobiano primario de las bacterias lácticas se debe a la competencia por los nutrientes del sustrato y a la formación de ácidos orgánicos (ácido láctico y ácido acético, principalmente), con el consiguiente descenso del pH. No obstante, las bacterias lácticas también producen otras sustancias antimicrobianas como etanol, dióxido de carbono, diacetilo, acetaldehído, peróxido de hidrógeno y otros metabolitos del oxígeno, isómeros D de los aminoácidos, reuterina y otros compuestos no proteicos de pequeño tamaño molecular, y, por último, sustancias proteicas de síntesis ribosomal denominadas bacteriocinas (Daeschel, 1989; Piard y Desmazeaud, 1991, 1992; Vandenbergh, 1993; de Vuyst y Vandamme, 1994b; Adams y Nicolaides, 1997; Cintas y Casaus, 1998; Ouwehand, 1998; Caplice y Fitzgerald, 1999; Lücke, 2000; Cintas et al., 2000a, b, 2001; Ross et al., 2002; Deegan et al., 2006; Galvez et al., 2007). De las sustancias antimicrobianas producidas por las bacterias lácticas, las bacteriocinas son las más interesantes tecnológicamente para la bioconservación de los alimentos (secciones II.2.2.4.1 y II.3.4.10), ya que por su naturaleza proteica podrían ser degradadas por las enzimas proteolíticas del tracto gastrointestinal mientras permanecen activas en el

sustrato alimenticio en el que se encuentran y, además, no parecen ser tóxicas ni inmunógenas (Klaenhammer, 1993; Jack et a ., 1995; Nes et al., 1996, Cintas et al., 2 00b).

II.3.3. IMPORTANCIA DE LAS BACTERIAS LÁCTICAS

l 0

Las bacterias lácticas son microorganismos de gran importancia no sólo en la industria alimentaria, por su aplicación en la elaboración de una gran variedad de alimentos fermentados, sino también en la industria farmacéutica, ya que son la base de la mayoría de las preparaciones probióticas (sección II.3.3.2.1). Además, las bacterias lácticas pueden emplearse como biorreactores para la producción de sustancias interés para la industria alimentaria y farmacéutica (por ej.: péptidos, proteínas, sustancias “nutracéuticas” y vacunas orales) (secciones II.3.3.2.2 y II.3.3.2.3). No obstante, también se ha relacionado a las bacterias lácticas con la alteración de diversos alimentos, formación de aminas biógenas e, incluso, con la producción de enfermedades (secciones II.3.3.1.1 y II.3.3.3) (Aguirre y Collins, 1993; de Vuyst y Vandamme, 1994a; Salminen y von Wright, 1998; Konings et al., 2000; Samelis et al., 2000; Hugenholtz et al., 2002). Tampoco conviene olvidar el efecto nutricional y saludable de la ingestión de bacterias lácticas viables en los consumidores. A este respecto, se ha hipotetizado, y algunas veces demostrado, que las bacterias lácticas incrementan la calidad nutritiva de los alimentos, controlan infecciones intestinales, facilitan la digestión de la lactosa, inhiben el desarrollo de algunos tipos de cáncer, poseen actividad antimutagénica, modulan la respuesta inmune mediada por células y reducen los niveles de colesterol sanguíneo (Yasui et al., 1999).

II.3.3.1. BACTERIAS LÁCTICAS Y ALIMENTOS

Los alimentos fermentados han sido consumidos por la humanidad desde tiempos inmemoriales y parecen tener su origen en la civilización Sumeria (5.000−4.000 a.C.). Tradicionalmente, estos alimentos fermentados se elaboraban mediante procesos empíricos basados en la actividad de la microflora presente de forma natural en las materias primas (fermentaciones naturales) (Cintas y Casaus, 1998). En la actualidad, estos productos incluyen más de 3.500 variedades, elaboradas a partir de materias primas como la leche, frutas, vegetales, raíces, cereales, carne y pescado, entre los que se incluyen: (i) derivados de la leche fermentada (por ej.: queso, yogur y “kéfir”); (ii) pan y derivados de cereales fermentados (por ej.: “sourdough” [derivado de diversos cereales] y “ogi” [derivado del maíz o sorgo]); (iii) bebidas (por ej.: vino, cerveza y diversos licores); (iv) derivados de vegetales fermentados (por ej.: ensilados, “Kimchi” [derivado de la col y otros vegetales], “Sauerkraut” [derivado de la col] y “Tempeh” [derivado de la soja]) y (v) derivados del pescado fermentado. Sin embargo, hasta mediados del siglo XIX Pasteur no demostró que los microorganismos eran los responsables de los procesos fermentativos que tenían lugar en todos estos alimentos (Stiles, 1996; Wood, 1998; Caplice y Fitzgerald, 1999; Lücke, 2000; Ross et al., 2002).

Actualmente, las fermentaciones industriales son procesos estrictamente controlados basados en la adición deliberada a la materia prima de cultivos de microorganismos específicos vivos (bacterias, hongos y/o levaduras) (Tabla II.6), lo que permite garantizar y estandarizar las características

organolépticas y reológicas del producto final, así como potenciar su calidad higiénico-sanitaria y alargar su vida útil (Cintas y Casaus, 1998; Cintas et al., 2000a). Además, el empleo de la fermentación como tecnología alimentaria cumple varias funciones: (i) enriquecimiento de la dieta humana debido a la amplia diversidad de alimentos fermentados, (ii) conservación de los alimentos derivada de la fermentación láctica, alcohólica o acética, (iii) enriquecimiento de materias primas con vitaminas, proteínas y aminoácidos y ácidos grasos esenciales, (iv) detoxificación durante la fermentación de los alimentos y (v) descenso del tiempo requerido para su preparación (Steinkraus, 2002; Giraffa, 2004). Estos microorganismos, que se adicionan a los alimentos fermentados, pueden clasificarse en función de su finalidad principal en: (i) cultivos iniciadores, que se adicionan para inducir cambios en la textura, aroma, sabor, color, digestibilidad y palatabilidad de las materias primas, permitiendo así la obtención de unos productos finales con unas características organolépticas y reológicas diferentes y deseables (Buckenhüskes, 1993; Geisen y Holzapfel, 1996; Stiles, 1996; Cintas y Casaus, 1998; Hugas, 1998; Lücke, 2000; O´Sullivan et al., 2002a; Tamine, 2002; Leroy y de Vuyst, 2003; Smit et al., 2005; Leroy et al., 2006); (ii) cultivos protectores, adicionados para asegurar la calidad higiénico-sanitaria y seguridad de los alimentos, así como para incrementar su vida útil mediante la inhibición del desarrollo de microorganismos patógenos y alterantes presentes en los alimentos debido a la competencia por los nutrientes del sustrato y la producción de diversos metabolitos (sección II.3.2) (Holzapfel et al., 1995; Geisen y Holzapfel, 1996; Lücke, 2000; Rodgers, 2001; Rodgers et al., 2002; Ross et al., 2002; Työppönen et al., 2003; Vermeiren et al., 2004) y (iii) cultivos adjuntos (también denominados cultivos iniciadores adjuntos), adicionados con una finalidad distinta a las anteriores, como puede ser la aceleración de la maduración mediante la lisis celular de los cultivos iniciadores durante la elaboración de determinados tipos de quesos y la producción del sabor y aroma deseado (O’Sullivan et al., 2002a).